10914

260

-трубы диаметром от 150 до 199 мм – 37 %;

-трубы диаметром от 200 до 299 мм – 29 %;

-трубы диаметром от 300 до 599 мм – 10 %.

По сроку эксплуатации трубопроводов эксплуатируемая сеть водоотведения к 2018 году составила:

-от 30 до 50 лет – на 39%;

-от 15 до 30 лет – на 27%;

-менее 15 лет – на 34 %.

Анализ данных повреждений на сетях водоотведения города Семенов за 2018 год позволил определить величину удельного количества повреждений, за Большое влияние на количество возникающих повреждений влияет и материал трубопроводов. Анализ количества повреждений показал, что наибольшее количество повреждений возникает на керамических и чугунных

трубопроводах (табл. 1).

Таблица 1 Процент повреждений за 2018 год на сетях выполненных из различных материалов

Анализ количества повреждений по диаметру показал, что наибольшее количество повреждений возникает на трубопроводах диаметром от 150 до 199 мм (табл. 2).

Таблица 2 Процент повреждений за 2018 год в зависимости от диаметра трубопровода

Анализ количества повреждений по сроку эксплуатации показал, что наибольшее количество повреждений возникает на наиболее старых трубопроводах (табл. 3).

Таблица 3 Процент повреждений за 2018 год в зависимости от срока эксплуатации трубопровода

261

Список литературы

1.СП 32.13330.2012.«Канализация. Наружные сети и сооружения. – М.: Минрегион России, 2012.

2.Храменков, С.В. Оптимизация восстановления водоотводящих сетей / С.В. Храменков, В.А. Орлов, В.А. Харькин. – М.: Строй-издат, 2002. – 160 с.

3.Абрамович, И.А. Надежность систем канализации больших городов / И.А. Абрамович, В.Ф. Шкундин. – М.: ГосИНТИ, 1975. – 20 с.

4.Кузнецов, Е.П. Техника и технологии отраслей городского хозяйства: Учеб.пособие / Е.П. Кузнецов, А.М. Дыбов, Н.М. Сутырин. – СПб.: СПбГИЭУ,

2005. – 494 с.

УДК 628.1

А.Ю. Киселева

Методы доочистки воды, применяемые в бытовых фильтрационных установках

Проблема качества питьевой воды является актуальной не только в нашей стране, но и во всем мире. СанПиН, принятые в 2001 году, определяют предельно допустимое содержание в воде бактерий, газов, органических и неорганических веществ. В список веществ, подлежащих контролю, включено около 2000 параметров, причем обязательному контролю подлежат более 200. Полный анализ качества питьевой воды проводится в лаборатории Федеральной службы в сфере защиты прав потребления и благополучия человека или специальных аккредитованных лабораториях.

Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, не опасна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. Качество современной питьевой воды, независимо от способа ее подачи, оставляет желать лучшего. В большинстве случаев проблему с загрязнениями разного рода можно решить при помощи фильтров. Современные модели бытовых фильтров имеют разные принципы действия. Их конструкция, наличие и расположение фильтрующих элементов, активные вещества значительно различаются. Перед выбором бытового фильтра необходимо понимать, какие способы очистки воды существуют и как они влияют на качество воды.

Механическая очистка применяется для удаления из воды твердых примесей – ржавчины из труб, песка, а также различных солей и химических добавок. Различают следующие типы механических фильтрующих элементов: сетчатые – в качестве основного элемента используется сетка, размер ячейки которой зависит от уровня загрязнения воды и составляет 20-500 мкм. Из синтетических волокон – на сетчатый цилиндр наматывается веревка или жгут, которые задерживают крупные загрязнения. При этом в процессе очистки и накопления вредных веществ материал меняет цвет.

262

Сорбционный метод основан на явлении адсорбции – задержании микрочастиц загрязнения внешней поверхностью фильтрующих твердых веществ. Активным веществом, как правило, выступает активированный уголь. Бюджетные модели оснащаются картриджами, содержащими древесный активированный уголь, а более дорогостоящие картриджи заполняются активированным углем из кокосовой скорлупы. Основным предназначением является удаление различных органических соединений и остаточного активного хлора, а также запахов, связанных с этими веществами. Фильтрующие элементы, состоящие исключительно из угля, имеют ограниченный спектр действия, для его расширения в картридж примешивают ионообменные вещества. Комбинированные картриджи смогут удалять гербициды, пестициды, частички асбеста, нефтепродукты, ионы тяжелых металлов. Восстановление сорбционных фильтров в домашних условиях невозможно и после исчерпания своего лимита они подлежат утилизации.

Ионообменные фильтрующие элементы редко используются в качестве самостоятельных приспособлений, они относятся к составной части многокомпонентных бытовых очищающих приборов. Основная их задача – снижение жесткости воды. Она выполняется благодаря реакции ионного обмена (замещения), которая основана на связывании ионов кальция и магния, находящихся в воде. В качестве активного элемента используются специальные синтетические смолы c солями щелочных металлов: калия и натрия. Существуют два типа ионообменных смол, анионные и катионные. Работоспособность некоторых картриджей c ионообменными смолами можно восстанавливать в домашних условиях. Достаточно промыть их сильным раствором поваренной соли для прохождения обратной реакции замещения. После ионного фильтра вода обязательно должна пройти очистку на угольном фильтре. Основным недостатком данного способа очистки является небольшой ресурс работоспособности фильтра.

Ультратонкая очистка предполагает фильтрацию воды при помощи мембран. При ультратонкой очистке вода под давлением (у некоторых моделей до 6 атмосфер) подается в мембранный фильтр c величиной пор от 0,0015 до 0,1 микрона. В результате такой очистки все вредные примеси остаются на поверхности мембран, а через мембрану проходят только молекулы воды.

Метод ультрафильтрации позволяет удалить механические примеси, органические вещества, коллоидный кремний, излишнее железо и марганец, и провести практически полную дезинфекцию жидкости. Основным недостатком данного метода являются довольно высокая стоимость установки и необходимость постоянного контроля за состоянием фильтрующих мембран, а также их систематическая промывка или замена.

Электрохимический способ очистки питьевой воды используется в бытовых фильтрующих устройствах совместно с другими методами. Основная задача – это улучшение физико-химических и органолептических свойств питьевой воды.

Для воды, поступающей из централизованного водопровода к потребителям, основным типом загрязнения являются: избыточный активный

263

хлор, органика, окисленное железо (из изношенных трубопроводов). Для очистки питьевой воды от механических примесей, которые не только существенно портят ее вкус, но и могут повредить бытовые приборы, используются предфильтры. Конструкция состоит из кронштейна для крепления; разъемных соединений для подключения в систему водоснабжения; корпуса из прозрачного пластика; сменного фильтрующего картриджа из синтетических волокон.

Предфильтры целесообразно использовать в системах очистки, если поступающая в дом вода имеет большое содержание механических примесей. Выбор конкретной модели зависит от среднего объема потребления воды. Они имеют большую степень очистки, габариты, скорость фильтрации и ресурс.

Фильтры - кувшины. Данный вид хорошо известен, они используются в качестве альтернативного устройства для очистки питьевой воды, если водопровод не оборудован стационарными очистными приспособлениями. Данный вид фильтров получил популярность из-за низкой стоимости. Несмотря на низкую степень очистки, при помощи данных фильтров можно получить воду, пригодную для питья. Фильтры-кувшины оснащаются различными типами картриджей, подбирающимися в зависимости от загрязнений, присутствующих в воде.

Фильтрующие насадки на кран, в основном относятся к устройствам механической очистки. Они разделяются на приспособления, монтируемые непосредственно на смеситель или отдельно стоящие. К недостаткам можно отнести низкое качество фильтрации воды, незначительный ресурс, снижение скорости потока. Использование данных устройств рекомендуется в самых крайних случаях, когда нет возможности установить стационарную систему очистки, а качество воды очень плохое. Во всех остальных случаях использование фильтрующих насадок на кран нецелесообразно.

Поточные сорбционные фильтры представляют собой систему многоступенчатой фильтрации, состоящую из 3 и более сменных картриджей, каждый из которых выполняет очистку воды от особого вида загрязнений. Рекомендуются к применению при небольшом и среднем объеме потребления очищенной воды. В основном такие системы выполняют очистку от механических твердых примесей, железа, активного хлора, известняка и других химических загрязнений. При выборе модели нужно учитывать не только превалирующий тип загрязнения воды, но и норму суточного расхода.

Система обратного осмоса представляет собой сбалансированный набор устройств и фильтров для очистки.

Процесс умягчения воды заключается в снижении количества солей жесткости, в основном хлоридов и сульфатов. Для этого используются сменные картриджи с катионообменной смолой, которая адсорбирует из воды соли, отдавая взамен ионы водорода и натрия. Целесообразно применение умягчения, если показатель жесткости воды выше рекомендованных 1,0-2,0 мг-экв/л. Важно учитывать, что такие фильтры не производят очищение воды от солей металлов и бактерий, их предназначение – это умягчение воды, содержащие большое количество солей жесткости.

264

Постфильтры используются в системах обратного осмоса и наборах поточных фильтров для ликвидации неприятного запаха и улучшения вкуса очищенной воды. В качестве активного элемента используют гранулированный или порошкообразный активированный уголь в полимерном корпусе. Так как после прохождения через обратноосмотическую мембрану из воды удаляются все полезные минералы, то для их восстановления применяются минерализаторы. Они восстанавливают естественный минералогический состав воды. Эффективность применяемой системы, следовательно, и качество отфильтрованной воды зависит от специфики загрязнения. Для определения фильтра необходим комплексный анализ. После проведения данного анализа производится выбор фильтра и необходимых фильтрующих элементов.

Современные производители выпускают множество моделей различных очистных приспособлений и фильтров для воды. Эффективность устройств, применяемых для очистки воды, зависит от выбранного фильтра для воды в каждом конкретном случае.

Список литературы

1.Проскуряков, В.А. Очистка сточных вод в химической промышленности / В.А. Проскуряков, Л.И. Шмидт. – Ленинград: Химия, 1977. – 463 с.

2.Хохлова, Т.В. Определение физико-химических показателей воды : метод. указания / Т.В. Хохлова, И.В. Могилевская. – Волгоград: Политехник,

2006. – 32 с.

3.Калачев, С.Л. Питьевая вода и бытовые водоочистительные устройства: потребительские свойства и экспертиза качества / С.Л. Калачев, А.Н. Якубаускас. – М.: РГТЭУ, 2010. – 102 с.

4.Российская Федерация. Законы. О водоснабжении и водоотведении [Электронный ресурс] : федеральный закон РФ от 07.12.2011 № 416-ФЗ. – Режим доступа: Консультант Плюс. Законодательство.

5.СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества [Электронный ресурс]. – Режим доступа: Техэксперт.

УДК 628.33

М.А. Киушев

Методы обезжелезивания воды

Повышенное содержание железа в воде придает ей буроватую окраску. Вода получает неприятный металлический привкус. В водопроводных сетях и водозаборной арматуре происходит зарастание. При повышенном содержании железа в питьевой воде велик риск здоровью человека. В организме человека при продолжительном введении избыток железа накапливается в печени в коллоидной форме оксида железа, оказывает вредное воздействие на клетки

265

печени, вызывая их разрушение [2]. Санитарные нормы России предъявляют гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения и запрещают использовать для хозяйственно-питьевого водоснабжения воду, содержание железа в которой превышает 0,3 мг/л [1]. Воду используют для бытовых, промышленных и питьевых нужд. Из этого следует, что основной задачей является использование воды в соответствии с нормативными показателями присутствия железа. В некоторых случаях очистка воды от соединений железа – задача, которую очень сложно выполнить и можно решить только комплексно. Для этого воду с повышенным содержанием железа необходимо обезжелезивать.

Вода может содержать железо в различном количестве и форме в зависимости от источников. Чтобы более правильно подойти к выбору методов обезжелезивания, необходимо знать, для каких целей будет использоваться вода. В настоящее время нет универсального метода для удаления железа из воды, но, используя ту или иную схему очистки, подстраиваясь под каждый конкретный случай, можно добиться необходимого результата. Чтобы решить проблему обезжелезивания, могут быть использованы различные методы.

Метод аэрации позволяет предварительно подготовить воду для перевода железа из двухвалентного состояния в трехвалентное с образованием нерастворимого гидроксида железа (III). Метод основан на ускорении процесса реакции окисления из двухвалентного состояния железа в трехвалентное состояние в слое зернистого материала – катализатора обезжелезивания. Кислород воздуха в процессе аэрации окисляет двухвалентное железо, надо отметить, что при этом из воды удаляется углекислота, что ускоряет процесс окисления и последующий гидролиз с образованием гидроксида железа. Метода аэрации хватает для того, чтобы сделать воду питьевой. Преимуществом данного метода является низкая стоимость обезжелезивания по сравнению с другими методами. Вода обогащается кислородом, следовательно, улучшаются ее вкусовые качества. Надо отметить и экологическую безопасность при отсутствии предварительной обработки воды реагентами-окислителями. Метод аэрации используется, если концентрация железа в воде не превышает 10 мг/л, а значение рН – более 6,8 [3]. Однако у этого метода есть свои недостатки. Этот метод нельзя использовать при высоких концентрациях железа в воде, так как требуется предварительная обработка воды реагентами. К таким реагентам можно отнести: хлор, перманганат калия, гипохлорит натрия.

Метод дозирования в воду сильных окислителей значительно интенсифицирует процесс окисления двухвалентного железа, который превращается в трехвалентное железо. Процесс окисления настолько эффективен, что после применения этого метода для обработки разных вод содержание железа во всех случаях остается меньше 0,1 мг/л. То есть органические соединения железа превращаются в неорганические трехвалентные соединения. Этот метод применяют, когда аэрация воды бессильна. В качестве реагентов используют хлор, озон, перманганат калия. Но именно высокая степень токсичности является недостатком данного метода. Из

266

преимуществ данного метода хочется отметить то, что метод поддается полной автоматизации и происходит обеззараживание очищаемой воды.

Метод коагулирования, осветления, флокулирования используют, когда из поверхностных вод необходимо удалить взвеси и коллоидно–дисперсные вещества, которые включают соединения железа. Только путем ввода в воду специальных реагентов-коагулянтов можно освободить ее от взвесей и коллоидных веществ. Коагулянт образует в воде хлопья, которые адсорбируют на своей поверхности коллоиды и выделяются в виде осадка. В качестве коагулянтов в данном методе используют сульфат алюминия, хлорное железо, сульфат железа, полигидроксихлорид алюминия. В воду вводят флокулянты, которые влияют на интенсификацию процесса коагуляции. В качестве преимущества в данном методе можно отметить ускорение естественного процесса осаждения трехвалентного железа. Однако необходимо строго соблюдать количество дозировки коагулянта. Возникает сложность с хранением больших объемов хлора, который обладает высокой токсичностью. Именно поэтому, чаще всего стали использовать раствор гипохлорита натрия (NaClO) для обработки воды.

Метод каталитического обезжелезивания воды является самым распространенным в практике. В основном данный метод применим в тех системах, где наблюдается высокая производительность. Для каталитического окисления железа и фильтрации используют компактные установки. Они имеют высокую производительность в зависимости от используемого катализатора, качества исходной воды, геометрических и эксплуатационных характеристик резервуара. Внутри напорного резервуара происходит реакция окисления железа на скорых насыпных фильтрах, так называемых фильтрах обезжелезивания, которым насыпным слоем служит специальная фильтрующая среда с каталитическими свойствами, то есть катализатором обезжелезивания. В качестве каталитических наполнителей используются природные материалы, в которых содержатся диоксид марганца, введенный при соответствующей обработке. Механизм данного метода основан на изменении марганцем своего валентного состояния. Двухвалентное железо в исходной воде окисляется высшими оксидами марганца. Высшие оксиды марганца восстанавливаются до низших ступеней окисления, а далее вновь окисляются до высших оксидов растворенным кислородом и перманганатом калия. Основная часть окисленного

изадержанного на фильтрующем материале железа при обратной промывке вымывается в дренаж. Следовательно, каталитический слой является еще и задерживающим образованные соединения нерастворенного трехвалентного железа слоем. Из плюсов данного метода можно отметить высокую производительность установок, а загрузочный материал служит и окислителем,

ифильтрующей средой. Данный метод не является эффективным при содержании в воде марганца и высоких концентрациях железа.

Вионообменном методе для обезжелезивания воды используют катиониты. Они представляют собой синтетические ионообменные смолы. Это влечет за собой повышение эффективности данного метода, происходит глубокая степень обезжелезивания. Катиониты могут удалять из воды не только

267

растворенное двухвалентное железо, но и другие двухвалентные металлы, к таким относятся кальций и магний. Метод ионного обмена, по прогнозам, может удалять из воды очень высокие концентрации железа. Но на практике применение данного метода ограничено. Главной сложностью для применения ионного обмена для обезжелезивания является присутствие трехвалентного железа, которое быстро закупоривает смолу, так же имеются проблемы с его вымыванием. Присутствие в воде, проходящей через ионообменник, кислорода или других возможных окислителей крайне нежелательно. То же самое ограничивает область значений pH, в которых смола очень эффективна. Использование ионообменных смол для обезжелезивания не лучший метод очистки. Поэтому ионообменные катиониты применяются для обезжелезивания обычно в тех случаях, когда требуется доочистка воды по этому параметру до самых низких концентраций и когда возможно одновременное удаление ионов жесткости.

Для более глубокой степени обезжелезивания воды используют метод обратного осмоса. Этот метод является наиболее эффективным и по своим параметрам превосходит альтернативные методы. Через специальную полупроницаемую мембрану проходят молекулы воды, кислорода или молекулы меньшего размера. Так как ионы железа крупнее пор мембраны, то они задерживаются на мембране. Железо сливается в дренаж с концентратом, а не собирается на мембране. Это не дает возможности закупоривать поры мембраны. Системы обратного осмоса могут очищать воду с содержанием растворенного железа до 10-20 мг/л. Мембрана не выводит из жидкости органические соединения хлора и гербициды, так как их молекула имеет меньший размер, чем осмотическая мембрана. Данный метод используют практически от всех видов загрязнений. Но есть у этого метода и свои недостатки. В первую очередь – это расходы на периодическую замену мембраны. При больших концентрациях трехвалентного железа в воде происходит засорение полупроницаемой мембраны.

Можно сделать вывод, что при выборе метода обезжелезивания воды нужно исходить из конкретной ситуации. Стоит отметить, что различные методы можно использовать совместно, для обеспечения необходимой степени обезжелезивания воды.

Список литературы

1.СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества : санитар.-эпидемиол. правила и нормативы : утв. 25.02.10. – М: 2010. – 7 с.

2.Николадзе, Г.И. Водоснабжение : учеб. для вузов / Г.И. Николадзе, М.А. Сомов. – М.: Интеграл, 2016. – 688 с.

3.Хохрякова, Е. О выборе метода обезжелезивания воды / Е. Хохрякова.

–Аква Терм, 2008. – С.29-31.

268

УДК 622.691+ 620.97

Ю.М. Краева

Оценка потенциала комплексного использования природного газа на компрессорных станциях

Комплексное использование продуктов сгорания природного газа было в той или иной степени реализовано во всех отраслях промышленности. Поскольку в конечном итоге применение таких технологий приводило к решению двух задач – экономии топлива и снижению температуры уходящих газов, что благоприятно сказывается на экологической обстановке, неудивительно, что теплоутилизаторы разрабатывались и внедрялись повсеместно.

В качестве примера рассмотрим схему комплексного использования теплоты в кузнечно-термическом цехе (рис. 1). За нагревательную печью последовательно установим рекуператор, охлаждающий продукты сгорания с 922,15ºС до 392ºС и контактный экономайзер, который с 347 ºС охлаждает продукты сгорания до 140ºС. Рекуператор будет использоваться для нагрева воздуха, подаваемого на горение в печь, а контактный экономайзер для подогрева воды для технологических нужд (замкнуто-разомкнутая схема).

Рис.

1. Пример схемы комплексного использования газа

При условии полного сгорания, коэффициент использования топлива может быть увеличен с 43% до 76,3%, что весьма существенно. Стоит учитывать тот факт, что различные исследования показывали значительно большие способности контактных экономайзеров к глубокому охлаждению продуктов сгорания с 550ºС до 40ºС, когда всегда происходит выпадение конденсата (температура точки росы продуктов сгорания 55-65 ºС в зависимости от их состава), а значит высвобождаются до 11% дополнительной теплоты.

Необходимо отметить многообразие рекуператоров (радиационный, двухсторонне-игольчатый, термоблок, петлевой, гладкотрубный и т.д.) и экономайзеров (КТАН, АЭ, ЭКБ, чугунно-ребристый ВТИ, конденсационный теплообменник на базе биметаллических секций КСк костромского калориферного завода и т.д.), что позволяет получить многообразие вариантов предлагаемых комплексных схем.

Основной целью проведенной работы было определить – можно ли все накопленные знания по данному вопросу применить к компрессорным станциям, а именно к газоперекачивающему агрегату.